선박기준국 추가에 의한 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법{METHOD FOR PRECISE ORBIT DETERMINATION OF GEOSTATIONARY ORBIT SATELLITE FOR SATELLITE BASED AUGMENTATION SYSTEM BY ADDING VESSEL EQUIPPEWD REFERENCE STATION, AND CONTROL STATION}

본 발명은, 위성 기반 보정 시스템(SBAS : Satellite Based Augmentation System)을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정을 위하여 위성기반 보정시스템에 선박기준국을 추가하여 활용하는 것에 관한 것이다.

정지궤도위성의 정밀 궤도 결정을 위한 종래기술은 지구상에 광범위하게 기준국을 분포하여 정밀궤도결정에 유리한 Geometry를 확보하거나 GPS 수신기를 정지 궤도 위성에 탑재시키고 그 정보를 이용하여 측위를 하는 것으로 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성에서 GPS 수신기의 탑재시, GPS신호가 지구방향으로만 방사됨에 따라 지구 반대편에 있는 제한된 FOV(Field of View)의 GPS위성의 신호만을 수신하여 처리할 수 밖에 없으므로 정지 궤도 위성의 궤도 결정정밀도는 한계가 있다.

또다른, 종래기술은, 4 개의 지상국에서 신호를 정지궤도 위성에 보내고 위성에서 다시 신호를 각 지상 안테나에 보내어 신호를 수신하고 동시에 데이터를 처리할 지상국으로 수신한 데이터를 위성에서 전송한다. 이 때 모든 신호 송수신은 GPS시각과 같이 기준 시간에 의해 동기화 되어야 하고, 이 신호의 도착하는 시간 차에 의한 거리측정 데이터로 위성의 궤도를 결정하는 방법으로 지상국에서 송출한 신호를 수신 처리하여 정밀 정지 궤도 결정을 수행하므로, 위성체에 해당신호를 릴레이할 수 있는 장치를 추가해야 하고 작은 지역에 지상국을 설치시 문제점을 해결하는 데는 한계가 있다.

또한, 현재 추진중인 협역(국내)에만 지상국을 두어 한국형 SBAS는 정지 궤도 위성의 정밀 궤도결정이 물리적으로 거의 불가능하고 선진국에서 사용하는 정밀궤도 결정을 위한 해외 고정 지상국은 설치와 유지 비용 문제로 설치 운용에 한계가 있다.

본 발명은, 협역(국내) 지상국만으로 SBAS 정지 궤도 위성의 정밀 궤도결정이 불가함에 대한 문제를 해결하는 것을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특징적인 효과를 실현하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

일실시예에 따르면, 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System: SBAS)을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법에 있어서, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, GPS신호를 수신하여 GPS항법데이터와 레인징데이터를 통제국으로 보내주는 기준국과 이 데이터를 처리하여 보정데이터와 레인징신호를 생성하여 정지궤도(SBAS GEO)를 통하여 사용자에게 송출하여 GPS사용자가 보다 정밀하고 신뢰성이 있게 하는 보정데이터를 제공하는 위성기반보정시스템(SBAS: Satellite Based Augmentation System)에 선박기준국을 추가하여 기준국의 DOP를 향상시켜 정지궤도 위성의 정밀궤도 결정이 가능하도록 하는 것에 관한 발명이다. 이때 기준국 및 통제국은 모두 GPS신호로 시각동기를 유지하고 SBAS보정 데이터에 의해 동기성능을 향상하며 서로 주고 받는 데이터는 이렇게 동시된 시각에 의해 Time Tagging할 수 있다.

일실시예에 따른, 통제국이 수행하는, 위성 기반 보정 시스템(Satellite Based Augmentation System: SBAS)을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법에 있어서,

정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 협역기준국으로부터 상기 협역기준국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS보정데이터와 레인징데이터 및 상기 협역기준국에서 수신된 GPS 데이터를 수신하는 단계; 선박기준국으로부터 상기 선박기준국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS보정데이터와 레인징데이터 및 상기 선박기준국의 위치 데이터를 수신하는 단계; 및 상기 협역기준국으로부터 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS보정데이터와 레인징데이터, 상기 선박기준국으로부터 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS보정데이터와 레인징데이터 및 상기 선박기준국의 위치 데이터를 이용하여 상기 정지 궤도 위성의 궤도를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 상기 선박탑재 기준국으로부터 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS보정데이터와 레인징데이터 및 상기 선박기준국의 위치 데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 데이터를 생성하는 단계; 를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 상기 선박기준국의 위치데이터, 수신된 GPS항법데이터를 이용하여 시각 동기를 하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 시각 동기를 하는 단계는, 상기 선박기준국의 위치데이터와 상기 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터를 기초로 좀 더 정밀한 시각 동기를 할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 선박은, GPS 신호들을 수신하여 상기 선박기준국의 시간에 따른 위치데이터를 생성할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 선박기준국은, 해상 운행 중 상기 정지 궤도 위성으로부터 가시권에서 상기 SBAS 보정데이터를 수신할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 통제국은 SBAS 보정 데이터를 포함하는 SBAS 신호와 레인징 신호를 생성하고, 상기 생성한 보정 신호와 레인징 신호를 상기 정지 궤도 위성을 통하여, 선박기준국과 협역기준국으로 송출할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 지연 보정에 관한 데이터를 생성하는 단계는, 상기 선박기준국으로부터 상기 통제국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징신호를 수신하고, 상기 수신한 레인징 데이터와 위치 상기 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 상기 선박의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 데이터를 생성할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 정지 궤도 위성의 궤도를 결정하는 단계는, 상기 선박으로부터 상기 선박기준국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징신호를 수신하는 단계; 상기 협역고정 기준국으로부터 상기 통제국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징 신호를 수신하는 단계; 및 상기 선박기준국과 상기 협역고정 기준국으로부터 수신한 레인징 데이터와 SBAS 보정데이터 및 상기 선박의 위치데이터와 상기 협역고정 기준국의 위치 데이터를 기초로 상기 정지 궤도 위성의 궤도를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른, 선박기준국이 수행하는, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법에 있어서, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 신호 및 레인징 신호를 수신하는 단계; 상기 정지 궤도 위성과 다른 GPS위성들로부터 GPS 신호 및 레인징 신호를 수신하여 상기 선박기준국의 위치데이터를 생성하는 단계; 및 상기 수신한 SBAS 보정데이터 및 레인징 데이터와 상기 선박기준국의 위치데이터를 통제국으로 전송하는 단계를 포함하고, 상기 통제국은, 상기 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 통제국은, GPS항법데이터 및 상기 선박의 위치데이터와 협역고정 기준국의 위치 데이터를 이용하여 시각 동기를 할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 상기 통제국은 상기 SBAS 보정데이터를 포함하는 SBAS 신호와 레인징 신호를 생성하고, 상기 정지 궤도 위성을 통하여 상기 생성한 SBAS 신호와 레인징 신호를 동시에 송출할 수 있다.

일실시예에 따른, 통제국에 있어서, 통제국은, 협역기준국으로부터 상기 협역기준국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 상기 협역기준국의 위치 데이터를 수신하는 지상국 데이터 수신부; 선박기준국으로부터 상기 선박기준국이 상기 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 상기 협역기준국의 위치 데이터를 수신하는 선박기준국 데이터 수신부; 및 상기 협역기준국으로부터 수신한 위치 보정데이터, 레인징 데이터, 상기 협역기준국의 위치 데이터, 상기 선박기준국으로부터 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 상기 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 상기 정지 궤도 위성의 궤도를 결정하는 궤도 결정부를 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 통제국은, 상기 선박기준국으로부터 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터와 상기 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 데이터를 생성하는 지연 보정 데이터 생성부;를 더 포함할 수 있다.

다른 실시예에 따른, 통제국은, GPS 항법데이터 및 레인징 데이터 및 상기 선박기준국과 협역 기준국의 위치데이터를 이용하여 시각 동기를 하는 시각 동기부;를 더 포함할 수 있다.

일실시예에 따른, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 선박기준국에 있어서, 선박기준국은, 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터를 수신하는 정지 궤도 위성 신호 수신부; 상기 정지 궤도 위성과 다른 GPS 위성들로부터 GPS 신호를 수신하여 상기 선박기준국의 위치데이터를 생성하는 위치 데이터 생성부; 및 상기 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터와 상기 선박기준국의 위치데이터를 통제국으로 전송하는 통제국 전송부를 포함하고, 상기 통제국은, 상기 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다.

일실시예에 따른, 상기 통제국은, 상기 협역기준국과 선박기준국에서 수신된 복수개의 레인징 데이터 중 베스트 DOP(Best DOP) - 상기 베스트 DOP는, 정지궤도 위성 입장에서의 기준국간 이각이 가장 큰 조합의 레인징 데이터 - 를 선정하는 궤도결정부;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은, 기존의 기술을 활용하여 선박탑재 기준국을 이용하여 협역 고정기준국 만으로의 SBAS시스템 구성의 한계를 극복하고 할 수 있다는 효과가 있다.

본 발명은, SBAS시스템의 중요 핵심 인프라는 협역에 위치시키고 정밀 궤도 결정을 위한 기준국을 대양 이동 선박기준국에 설치 운용함으로써 운용상 SBAS 위성궤도 정밀도의 제약을 극복을 제공할 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법으로서, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3a 및 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법의 흐름을 나타내는 것이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 통제국으로서, 통제국을 나타내는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 선박기준국으로서, 선박기준국을 나타내는 블록도이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법으로서, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 개념도이다.

정지 궤도 위성은 지구가 하루에 한번씩 자전하는 것과 마찬가지로 하루에 한번씩 지구를 공전하기 때문에 지구상에서 볼 때 시간에 관계 없이 항상 일정한 지점에 위치할 수 있다. 하지만, 정지 궤도 위성도 정밀하게 보면 지구의 중력장 불균일성, 태양 및 달의 중력, 그리고 섭동의 영향을 받아서 조금씩 궤도 위치가 바뀌게 되므로 위성이 일정한 범위 내에 있을 수 있도록 궤도 유지 조정이 필요할 수 있다.

한편, 위성기반 보정 시스템(SBAS: Satellite Based Augmentation System)은 전 지구를 대상으로 GPS(Global Positioning System) 위성이 제공하는 레인징 신호와 항법 메시지 데이터를 활용해 사용자의 위치 및 시각데이터에 대해, 지상에서 전파경로 상의 오차, 위성시계 오차 등의 보정은 물론 항법 신호 사용에 관한 무결성 데이터를 정지 궤도 위성을 통해 제공함으로써 항공기가 활용할 수 있는 시스템이다. 예를 들어, SBAS는 GPS 신호 오차를 보정하여 정지 궤도 위성을 통해 전 국토에 1m 급의 정확한 위치 데이터를 위치기반서비스를 위해 제공할 수 있는, 위성 기반의 위치 보정 항법 시스템일 수 있다.

먼저, 도 1을 참조하면, 선박탑재 기준국(선박기준국)에 의한 위성 기반 보정 시스템인 SBAS을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정을 위한 전체 시스템은 통제국(110), 지상국(121), 선박기준국(122), 정지 궤도 위성(130)으로 구성될 수 있다. 이때, 통제국(110), 지상국(121), 선박기준국(122) 중 적어도 하나는, GPS 수신기, 위성 통신기, 데이터송수신기, 안테나, 메모리, 프로세서 중 적어도 하나를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 지상국(121), 선박기준국(122) 중 적어도 6개이상의 복수개일 수 있다. 또한, 통제국(110)은, 지상에 위치한 지상 통제국일 수 있다. 물론, 경우에 따라서 통제국(110)은, 지상이 아닌 위치에 설치될 수도 있다.

일실시예에 따르면, 선박에 탑재된 기준국(선박기준국(122))을 이용하여, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다. 예를 들면, 한반도 내와 같은 작은 지역의 협역기준국(121)인 협역기준국만으로 정지 위성의 정밀 궤도 결정시 한계를 극복하기 위하여 이동형 선박에 선박기준국(122)을 탑재하여 SBAS 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다. 선박기준국(122)은 GPS 위성들로부터 GPS 신호를 수신하여 삼각 측량을 이용하여 위도 경도 고도 등의 위치 및 시각를 결정하고, 선박기준국(122)의 위치 데이터를 통제국(110)에 전송할 수 있다. 이때, 통제국(110)과 협역기준국(121) 또는 선박기준국(122)과의 통신은 무선 통신을 통하여 이루어질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

일실시예에 따르면, SBAS 정지 궤도 위성의 레인징을 위한 지상 수신장비가 선박기준국(122)에 설치될 수 있다. 또한, 선박기준국(122)과 통제국(110)은, 그 지상 장비의 정밀 측위와 시각동기를 GPS 수신기를 이용하여 할 수 있다. 이때, 선박기준국(122)은, 정지 궤도 위성(130)으로부터 수신된 SBAS보정데이터와 레인징 데이터를 협역 운용국인 통제국(110)으로 전송하여 이를 처리함으로써 해외 지상국을 설치한 것과 같은 효과로 정밀 궤도를 결정할 수 있는 장점이 있다. 물론, 선박기준국(122)은, 대형 유조선 또는 컨테이너선일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 흐름도이다.

도 2를 참조하면, 통제국이 수행하는, 위성 기반 보정 시스템(SBAS)을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 하기와 같은 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

단계(201)에서, 통제국은, 협역고정 기준국으로부터 협역기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 협역기준국의 위치 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 통제국은, 보정 데이터를 포함하는 SBAS보정 신호와 레인징 신호를 생성하고, 정지궤도위성을 통하여 생성한 보정 신호와 레인징 신호를 선박기준국과 협역기준국으로 송출할 수 있다.

단계(202)에서, 통제국은, 선박기준국으로부터 선박기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 선박기준국의 위치 정보를 수신할 수 있다. 이때, 선박기준국은, GPS 신호들을 수신하여 선박기준국의 위치데이터를 생성할 수 있다. 또한, 선박기준국은, 해상 운행 중 가시 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 보정데이터를 수신할 수도 있다.

단계(203)에서, 통제국은, 협역기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 협역기준국의 위치 데이터, 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터 및 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 정지 궤도 위성의 궤도를 결정할 수 있다. 다음으로, 통제국은, 선박기준국과 협역기준국으로부터 수신한 레인징 데이터와 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터와 협역기준국의 위치 데이터를 기초로 정지 궤도 위성의 궤도를 결정할 수 있다.

또한, 통제국은, 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 정보를 생성할 수 있다. 통제국은, 선박기준국으로부터 선박기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징 데이터를 수신하고, 수신한 레인징 데이터와 위치 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 정보를 생성할 수 있다.

또한, 통제국은, 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 시각 동기를 할 수 있다. 이때, 통제국은, 선박기준국의 위치데이터와 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터를 기초로 시각 동기를 향상할 수도 있다.

일실시예에 따르면, 선박기준국이 수행하는, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은 하기와 같은 단계를 포함하여 구성될 수도 있다.

먼저, 선박기준국은, 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 보정데이터 및 레인징 신호를 수신할 수 있다. 이때, 통제국은, SBAS 보정데이터를 포함하는 보정 신호와 레인징 신호를 생성하고, 생성한 보정 신호와 거리 측정 신호를 동시에 정지궤도 위성을 통하여 송출할 수 있다.

다음으로, 선박기준국은, 정지 궤도 위성와 다른 GPS 위성들로부터 GPS 신호를 수신하여 선박기준국의 위치 데이터를 생성할 수도 있다.

다음으로, 선박기준국은, 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 데이터와 선박기준국의 위치데이터를 통제국으로 전송할 수 있다. 이때, 통제국은, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다. 또한, 통제국은, 선박기준국의 위치데이터와 협역기준국의 위치 데이터를 이용하여 시각 동기를 할 수도 있다.

도 3a 및 3b는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 나타내는 것이다.

일실시예에 따르면, SBAS 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정하기 위하여, 협역에 협역기준국(321)만으로 정지 궤도 위성(330)의 궤도 결정시, 위성에서 본 협역기준국의 분포가 좁게 되어 정밀도 저하율(DOP, Dilution of Precision) 값이 클 수 밖에 없어 사용자 오차값(UERE)에 DOP를 곱하는 측위정밀도가 낮을 수밖에 없다. 이는 GPS의 측위와 역방향으로 궤도 정밀도가 낮음을 방지하기 위해서는 정해진 UERE에 대하여 DOP값을 줄이는 방안이 필요하다.

도 3b를 참조하면, 정밀도 저하율(DOP)을 계산하는 방식을 알 수 있다.

일실시예에 따르면, WGS84좌표계(GPS좌표계)에서의 정지 궤도 위성(GEO)의 위치벡터 Rg 는 x, y, z 축 좌표값, xg, yg, zg를 기초로 하기 수학식 1과 같이 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, WGS84좌표계(GPS좌표계)에서의 기준국(협역 및 선박)의 위치벡터 Ri 는 x, y, z 축 좌표값, xi, yi, zi 를 기초로 하기 수학식 2와 같이 계산될 수 있다. 이때, i는 기준국의 일련번호로서, 예를 들어, N 개의 기준국에 대응하여 각각의 다른 일련번호 N개가 있을 수 있다. N 개의 기준국은 최소 4 개, 보통 6 개, 최상 8개 이상일 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면,

또한, 일실시예에 따르면, Matrix D는 기준국의 배치에 의한 정밀도 저하율(DOP : Dilution of Precision)을 계산하기 위한 것으로서 하기의 수학식 4와 같이 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, Matrix D의 각각의 Element는 하기 수학식 5를 이용하여 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, 하기 수학식 6을 이용하여 Matrix D의 연산 및 역행렬에 의해 DOP의 계산을 위한 요소로서 XDOP, YDOP, ZDOP, TDOP가 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, Position DOP인 PDOP는 하기 수학식 7을 이용하여 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, 시간요소까지 포함된 Global DOP인 GDOP는 하기 수학식 8을 이용하여 계산될 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, DOP값은 작을수록 위치정밀도가 좋아질 수 있다. 이때, 가용 기준국에 대한 D Matrix가 계산되고, 이를 이용하여 산출된 DOP가 최소값이 되는 4개 이상의 기준국 조합으로 정지궤도 위성의 궤도가 결정될 경우, 주어진 환경에서의 최상의 정밀도의 궤도가 결정될 수 있다.

이때, 협역기준국(321)은, 지상에 설치되며, 대륙에 설치될 수도 있으며, 섬에 설치될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면, 대양을 항해하는 선박기준국(322)으로서 컨테이너선이나 유조선에 SBAS 신호 수신기와 항법 수신기가 탑재될 수 있다. 이때, 선박기준국(322)이 수신된 데이터를 통제국(310)에 송출하여 SBAS 정지 궤도 위성(330)의 정밀 궤도 결정을 용이하게 할 수 있다. 물론, 경우에 따라서, 선박기준국(322)은 GPS 위성으로부터 수신한 GPS 신호를 이용하여 선박기준국(322)의 정확한 위치를 통제국(310)으로 전송할 수도 있다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법의 흐름을 나타내는 것이다.

도 4를 참조하면, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법에서의 데이터의 수집 및 처리 과정의 동작 흐름을 알 수 있다.

SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법은, 하기와 같은 단계를 포함하여 이루어 질 수 있다.

먼저, SBAS 정지 궤도 위성은 SBAS 보정 신호를 거리 측정(Ranging) 신호와 함께 송출할 수 있다. 다음으로, 단계(411)에서, 선박기준국은, SBAS 및 GPS 신호를 수신할 수 있다. 다음으로, 단계(412)에서, 수신국으로서 선박기준국은, GPS 신호를 이용하여 실시간 위치를 결정하고, 수신국 간 시각 동기를 할 수 있다. 물론, 선박기준국으로부터 GPS 신호 또는 위치 정보를 수집한 통제국이 수신국인 선박기준국 간의 시각 동기를 GPS 수신 및 항법해(위치 및 시각)에 의해 할 수도 있다. 좀더 정밀한 선박기준국의 위치와 시각동기를 위해서는 일반적으로 사용되는 반송파를 이용하는 정밀단독측위(Precise Point Positioning) 또는 실시간 이동측위(Real Time Kinematic, RTK) 및 네트워크(Network) RTK를 이용하거나 시각 동기용 GPS 수신기를 활용할 수도 있다. 다음으로, 단계(413)에서, 선박기준국은, 정밀하게 동기된 시간에 의해 각 시각에서의 선박기준국의 위치인 시간 태그된(Time-Tagged) 수신국인 선박기준국의 위치 정보와 SBAS 보정데이터 및 레인징 데이터를 수집하고, 선박기준국의 위치 정보와 SBAS 보정데이터 및 레인징 데이터를 통제국인 지상 통제국으로 RINEX 포맷(Receiver Independent Exchange Format) 등으로 전송할 수도 있다.

단계(421)에서, 협역기준국은, SBAS 및 GPS 신호를 수신할 수 있다. 다음으로, 단계(422)에서, 협역기준국은, 경우에 따라서, GPS 신호를 이용하여 항법해를 산출함으로써 실시간 위치를 결정하고, 수신국으로서 협역기준국 간 시각 동기를 할 수 있다. 물론, 협역기준국으로부터 GPS 신호 또는 위치 정보를 수집한 통제국이 수신국인 협역기준국 간의 시각 동기를 할 수도 있다.

단계(423)에서, 협역기준국은, 시간 태그된(Time-Tagged) 수신국인 협역기준국의 위치 정보와 SBAS 수신 데이터를 수집하고, 협역기준국의 위치 정보와 SBAS 수신 데이터를 통제국인 지상 통제국으로 전송할 수도 있다.

일실시예에 따르면, 통제국은, 협역기준국으로부터 수신된 SBAS 보정 신호와 거리 측정(Ranging) 신호와 GPS 신호를 수신하여 이온층지연 등을 보정하는 정보를 생성하는데 활용할 수도 있다.

단계(430)에서, 통제국은, 협역 수신국인 협역기준국과 대양 수신국인 선박기준국으로부터 수신 및 수집한 데이터와 SBAS Ranging 신호를 이용하여 정밀 궤도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 통제국은, 우리 나라를 포함한 SBAS 신호 가시 영역에서 선박기준국에서 수신된 SBAS 거리 측정(Ranging) 신호와 GPS 신호를 수신하여 협역기준국으로부터 수신된 동일한 수신 정보와 함께 SBAS 정지 궤도 정밀 궤도 결정을 수행할 수 있다. 이때, 수신된 GPS 신호와 SBAS 신호를 이용하여 선박기준국의 정밀 위치와 수신국 간의 시각동기를 수행할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 통제국으로서, 통제국을 나타내는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 위성 기반 보정 시스템(SBAS)을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 통제국(500)의 구성을 알 수 있다.

일실시예에 따르면, 통제국(500)은, 협역기준국 데이터 수신부(510), 선박기준국 데이터 수신부(520), 궤도 결정부(530)를 포함하여 구성될 수도 있다.

협역기준국 데이터 수신부(510)는, 협역기준국으로부터 협역기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터 및 협역기준국의 위치 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 통제국은, 보정 데이터를 포함하는 보정 신호와 레인징 데이터를 생성하고, 생성한 보정 신호와 레인징 데이터를 선박기준국과 협역기준국으로 송출할 수 있다.

선박기준국 데이터 수신부(520)는, 선박기준국으로부터 선박기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 SBAS 보정데이터 및 선박기준국의 위치데이터를 수신할 수 있다. 이때, 선박기준국은, GPS 신호들을 수신하여 선박기준국의 위치데이터를 생성할 수 있다. 또한, 선박기준국은, 해상 운행 중 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 보정데이터를 수신할 수도 있다.

궤도 결정부(530)는, 협역기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터, 협역기준국의 위치 데이터, 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터 및 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 정지 궤도 위성의 궤도를 결정할 수 있다. 이때, 선박기준국 데이터 수신부(520)는, 선박기준국으로부터 선박기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징 데이터를 수신할 수 있다. 또한, 협역기준국 데이터 수신부(510)는, 협역기준국으로부터 협역기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징 데이터를 수신할 수도 있다. 다음으로, 궤도 결정부(530)는, 선박기준국과 협역기준국으로부터 수신한 레인징 데이터와 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터와 협역기준국의 위치 데이터를 기초로 정지 궤도 위성의 궤도를 결정할 수 있다.

또한, 일실시예에 따르면, 통제국(500)은, 지연 보정 정보 생성부, 시각 동기부를 더 포함하여 구성될 수도 있다.

지연 보정 정보 생성부는, 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 정보를 생성할 수 있다. 이때, 선박기준국 데이터 수신부(520)는, 선박기준국으로부터 선박기준국이 정지 궤도 위성으로부터 수신한 레인징 데이터를 수신하고, 지연 보정 정보 생성부는, 수신한 레인징 데이터와 위치 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터와 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 지연 보정에 관한 정보를 생성할 수 있다.

시각 동기부는, 선박기준국의 위치데이터를 이용하여 시각 동기를 할 수 있다. 예를 들면, 시각 동기부는, 선박기준국의 위치데이터와 선박기준국으로부터 수신한 SBAS 보정데이터를 기초로 시각 동기를 할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 선박기준국으로서, 선박기준국을 나타내는 블록도이다.

도 6을 참조하면, SBAS 시스템을 위한 정지 궤도 위성의 정밀 궤도 결정 방법을 수행하는 선박기준국(600)의 구성을 알 수 있다.

일실시예에 따르면, 선박기준국(600)은, 정지 궤도 위성 신호 수신부(610), 위치데이터 생성부(620), 통제국 전송부(630)를 포함하여 구성될 수 있다.

정지 궤도 위성 신호 수신부(610)는, 정지 궤도 위성으로부터 SBAS 보정데이터 및 레인징 데이터를 수신할 수 있다. 이때, 통제국은, SBAS 보정데이터를 포함하는 보정 신호와 레인징 신호를 생성하고, 생성한 보정 신호와 레인징 신호를 동시에 정지궤도 위성을 통하여 송출할 수 있다.

위치데이터 생성부(620)는, 정지 궤도 위성와 다른 위성들로부터 GPS 신호를 수신하여 선박기준국의 위치데이터를 생성할 수 있다.

통제국 전송부(630)는, 수신한 SBAS 보정데이터와 레인징 신호와 선박기준국의 위치데이터를 통제국으로 전송할 수 있다. 이때, 통제국은, 정지 궤도 위성의 정밀 궤도를 결정할 수 있다. 또한, 통제국은, 선박기준국의 위치데이터와 협역기준국의 위치 데이터를 이용하여 시각 동기를 할 수도 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 방법들은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 청구범위뿐 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.